Технологія термічної обробки

Відпал

Відпал - термічна обробка, в результаті якої метали і сплави набувають структуру, близьку до рівноважної. Він викликає разупрочнение металів і сплавів, що супроводжується підвищенням пластичності, в'язкості і зняттям залишкових напружень.

У металургійній промисловості отжиг є остаточною термічною обробкою в технологічному процесі виготовлення металу. На машинобудівні підприємства від металургів надходить метал в відпаленого стані, тобто підготовлений для обробки різанням.

У машинобудуванні отжиг - попередня технологічна операція, на яку наражаються литі, штамповані, ковані і т.п. заготовки, а також зварні заготовки перед механічною обробкою або холодної обробкою тиском. Відпал може використовуватися і в якості проміжної операції.

Розрізняють два види відпалу: отжиг 1-го роду і отжиг 2-го роду.

Відпал 1-го роду - це термічна обробка, при якій не відбуваються фазові перетворення або вони не впливають на кінцеві результати. Його мета - часткове або повне усунення відхилень від рівноважного стану, що виникає при литті, зварюванні, обробці тиском і т.п. (наприклад, зменшення залишкових напружень). Процеси, що усувають відхилення структури металу від рівноважного стану, можуть йти мимовільно, але при цьому для їх завершення потрібно багато часу, нагрів прискорює їх. Застосовують такі різновиди цього відпалу.

Відпал рекристалізації, що полягає в нагріванні до температур, що перевищують (на 100 ... 200 ° С) температури рекристалізації, і охолодженні на повітрі. Мета відпалу - усунення наклепу для зниження міцності і відновлення пластичності деформованого металу. Тому він часто застосовується як міжопераційний обробка при різних технологічних операціях холодного деформування (прокатка, штампування, волочіння і т.д., див. Нижче 15.3.1).

Відпал рекристалізації використовується також для отримання необхідної величини зерна і збереження певної текстури (спрямованості, витягнутості зерен), що створює анізотропію властивостей і тим самим поліпшує деякі властивості уздовж певних напрямів в деталях. Так, в феритних і аустенітних сталях, ряді кольорових сплавів поєднання холодної деформації і рекристалізаційного отжигов є єдиною можливістю регулювати розмір зерен.

Дорекрісталлізаціонний отжиг, що виконується при температурах нижче початку рекристалізації, використовується як пом'якшувальний для часткового усунення наклепу шляхом повернення.

Гомогенізаціонний ( дифузний ) отжиг, що представляє собою нагрів до високих температур і тривалу витримку для завершення дифузійних процесів, які не пройшли до кінця при первинній кристалізації, застосовується для усунення внутрікристалічної ликвации (див. 3.4.4). Дифузний відпал проводиться:

  • - Для сталевих злитків і виливків при температурі 1100 ... 1300 ° С з витримкою 20 ... 50 год; при цьому досягається рівномірний розподіл вуглецю, легуючих компонентів і домішок в твердих розчинах;
  • - Для виливків (зливків) алюмінієвих сплавів при температурах 420 ... 520 ° С з витримкою 20 ... 30 год.

Релаксаційний отжиг - термічна обробка, де головним процесом є повне або часткове зняття залишкових напруг, які можуть виникати практично при будь-якої технологічної операції виготовлення виробів: лиття, зварювання, обробки тиском і різанням, шліфуванні і т.п. Релаксаційний отжиг проводиться в широкому інтервалі температур.

Для сталевих і чавунних виробів він виконується при температурах нижче Ас .. Після тривалої витримки при 450 ... 600 ° С залишкові напруги знімаються практично повністю. У мідних і алюмінієвих сплавах це відбувається при температурах 250 ... 300 ° С. Після закінчення витримки вироби повільно охолоджують (г "= 20 ... 200 ° С / год в залежності від маси виробу), щоб запобігти виникненню нових напружень.

Відпал 2-го роду - відпал, при якому протікають фазові перетворення ( перекристалізація) при нагріванні і охолодженні. Цей отжиг застосуємо до сплавів, у яких в твердому стані проходять різні фазові перетворення: полиморфное, евтектоідyое, розчинення однієї фази в іншу при нагріванні і виділення при охолодженні. До таких сплавів ставляться насамперед стали. Мета відпалу - приведення структури в рівноважний стан, що забезпечує разупрочнение металу (заготовки) для досягнення хорошій оброблюваності різанням і пластичним деформуванням.

Відпал сталей включає нагрів вище критичних точок Ac 3 і A cl, витримку (при цих температурах) для прогріву і повного завершення фазових перетворень і подальше повільне охолодження - найчастіше з піччю, відключеною від джерел живлення. Зазвичай таке охолодження проводиться до - 600 ° C, а потім на спокійному повітрі. Головними процесами цього відпалу є аустенітизації при нагріванні і перлітного перетворення при охолодженні. Разом з тим такий отжиг практично повністю виконує ті завдання, які вирішуються при виконанні відпалу 1-го роду: виправлення дефектів структури, що утворюються при гарячій пластичній деформації, лиття і зварюванні; зняття наклепу, що виникає при холодному деформуванні; усунення ліквації.

Для сталей застосовуються такі різновиди відпалу: повний, неповний, ізотермічний та Сфероідізірующій. Вони розрізняються температурами нагріву і умовами охолодження. Конструкційні доевтектоїдних стали піддають повному і ізотермічного відпалу.

Повний відпал застосовують для доевтектоїдних сталей. Він полягає в нагріванні заготовок в однофазну область - вище критичної точки Ac 3 на 30 ... 50 ° С, при цьому відбувається повна фазова перекристалізація, обумовлена поліморфним перетворенням Fca Fcγ. Повний відпал називають також перекрісталлізаціонн'ш.

При нагріванні ферритно-перлітною структура доевтектоїдної стали перетворюється в аустеніт. При повільному охолодженні аустеніт після часткового його перетворення в ферит розпадається при малих ступенях переохолодження з утворенням перліту (рис. 5.16). Таким чином, в процесі відпалу сталь набуває рівноважної структуру, що складається з фериту і перліту згідно діаграмі "залізо - цементит" (див. Рис. 4.3), і, отже, низькі твердість (HB) і міцність (σΒ), що забезпечують хорошу оброблюваність різанням і тиском.

В результаті перекристалізації утворюється дрібнозерниста структура, що забезпечує високу в'язкість і пластичність відпаленого металу і дає можливість придбання високих механічних властивостей після остаточної термічної обробки виробів.

Повний відпал зазвичай застосовується для великих мас металу (садка в піч масою до 20 ... 50 т) і є дуже тривалою операцією.

Графік повного відпалу доевтектоїдних конструкційних сталей

Мал. 5.16. Графік повного відпалу доевтектоїдних конструкційних сталей

Неповний отжиг відрізняється від повного тим, що заготовки нагрівають в двофазні області - на 30 ... 50 ° С вище точки Ac 1 , але нижче A с3 або Ac m для доевтектоїдних і заевтектоідних сталей відповідно.

Для доевтектоїдних сталей він використовується як економічніша операція (більш низький нагрів) для зняття залишкових напруг і поліпшення оброблюваності різанням в тих випадках, якщо попередня гаряча пластична деформація не викликало утворення великого зерна і інших дефектів мікроструктури.

При неповному відпалі доевтектоїдних сталей відбувається лише часткова перекристалізація, в якій бере участь в основному ферит перліту.

Для заевтектоідних сталей виконують тільки неповний отжиг. При цьому вирішуються такі завдання, що і при повному відпалі доевтектоїдних сталей. Основною структурою цих сталей є перліт, який має порівняно низьку твердість. Це забезпечує можливість обробки різанням і тиском в холодному стані. Більш низькою твердістю і кращої оброблюваністю різанням має зернистий перліт. Він складається з кристалів фериту і цементиту зернистої форми на відміну від пластинчастого перліту в доевтектоїдних сталях, де перліт має форму пластин.

Отримання зернистого перліту досягається правильним вибором температури відпалу - вона повинна бути лише трохи (на 30 ... 50 ° С) вище Ас 1. При цьому в структурі зберігається достатня кількість вторинного цементиту. При подальшому (після ізотермічної витримки) охолодженні нижче А 1 частки вторинного цементиту служать центрами кристалізації цементиту, що утворюється при Перлітний розпаді аустеніту. В цьому випадку кристали цементиту приймають зернисту форму. При більш високому нагріванні щодо температури Ас 1 кількість вторинного цементиту і тим самим центрів кристалізації зменшується, в результаті відпалу утворюється пластинчастий перліт. Крім того, при високій температурі нагріву і наступному повільному охолодженні вторинний цементит більшою мірою виділяється по межах зерен, утворюється цементітная сітка, яка погіршує властивості сталей.

Сфероідізірующій отжиг заевтектоідних сталей забезпечує отримання структури зернистого перліту з пластинчастого. Він включає нагрів заготовок до температури неповного відпалу, охолодження до температур трохи нижче рівноважної точки A 1 (620 ... 680 ° С) і ізотермічну витримку, в процесі якої заевтектоідние стали набувають структуру зернистого перліту і цементиту вторинного (рис. 5.17). При цьому для отримання зернистого перліту стали, близькі до Евтектоїдних складу (0,8 ... 1,0%

Графік Сфероідізірующій відпалу заевтектоідних інструментальних сталей

Мал. 5.17. Графік Сфероідізірующій відпалу заевтектоідних інструментальних сталей

вуглецю), нагрівають по нижньому, а високовуглецеві (більше 1,0% вуглецю) за верхньою межею інтервалу температур. Відбувається повна фазова перекристалізація, в якій, природно, бере участь тільки ферит, що входить до складу перліту, і не бере участі вторинний цементит.

Ізотермічний отжиг використовують для порівняно невеликих сталевих заготовок (штамповок, литих, зварних). Технологічне відміну від повного відпалу доевтектоїдних сталей полягає в тому, що після нагрівання до Ac 3 + (30 ... 50 ° С) виконується прискорене охолодження до температури трохи нижче рівноважної точки A 1 (на 100 ... 150 ° С) і подальша ізотермічна витримка ( 3 ... 6 год), в процесі якої при малому ступені переохолодження проходять повністю ті ж перетворення, що і при повному відпалі (рис. 5.18). Крім того, при ізотермічному відпалі виходить більш однорідна феррітноперлітная структура. Це пов'язано з тим, що температуру ізотермічної витримки легше контролювати, ніж швидкість безперервного охолодження при повному відпалі. Тому при ізотермічної витримки температура вирівнюється по всьому об'єму заготовки і перетворення в стали відбувається при однаковому ступені переохолодження.

Графік ізотермічного відпалу доевтоктоідних конструкційних сталей

Мал. 5.18. Графік ізотермічного відпалу доевтоктоідних конструкційних сталей

 
< Попер   ЗМІСТ   Наст >